Räni (SI) epitaksia ettevalmistamise tehnoloogia

Räni (Si) epitaksiavalmistamise tehnoloogia

Mis on epitaksiaalne kasv?

·Ükskristallmaterjalid üksi ei suuda rahuldada erinevate pooljuhtseadmete kasvava tootmise vajadusi. 1959. aasta lõpus õhuke kihtüksik kristallMateriaalne kasvutehnoloogia - töötati välja epitaksiaalne kasv.

Epitaksiaalne kasv on kasvatada materjali kihti, mis vastab ühe kristalli substraadi nõuetele, mida on teatud tingimustes hoolikalt töödeldud, lihvides ja poleerides. Kuna täiskasvanud ühe tootekiht on substraadi võre pikendus, nimetatakse kasvatatud materjali kihti epitaksiaalseks kihiks.

Klassifikatsioon epitaksiaalse kihi omaduste järgi

·Homogeenne epitaksia:epitaksiaalne kihton sama mis alusmaterjali materjal, mis säilitab materjali konsistentsi ning aitab saavutada kvaliteetset tootestruktuuri ja elektrilisi omadusi.

·Heterogeenne epitaksia:epitaksiaalne kihterineb substraadi materjalist. Sobiva substraadi valimisega saab kasvutingimusi optimeerida ja materjali rakendusvahemikku saab laiendada, kuid ületada tuleb väljakutseid võre ebakõla ja soojusliku laienemise erinevuste põhjustatud väljakutsetest.

Klassifikatsioon seadme asukoha järgi

Positiivne epitaksia: viitab epitaksiaalse kihi moodustumisele substraadi materjalil kristallide kasvu ajal ja seade valmistatakse epitaksiaalsel kihil.

Vastupidiselt epitaksia: erinevalt positiivsest epitaksiast toodetakse seade otse substraadil, samal ajal kui epitaksiaalne kiht moodustub seadme struktuuril.

Rakenduse erinevused: nende kahe rakendamine pooljuhtide tootmises sõltub vajalikest materjaliomadustest ja seadme projekteerimisnõuetest ning igaüks sobib erinevate protsessivoogude ja tehniliste nõuete jaoks.

Klassifikatsioon epitaksiaalse kasvu meetodi järgi

· Otsene epitaksia on meetod kuumutamise, elektronpommitamise või välise elektrivälja kasutamiseks, et kasvatava materjali aatomid saaksid piisavalt energiat ning migreeruksid ja ladestuksid substraadi pinnale, et viia lõpule epitaksiaalne kasv, nagu vaakum-sadestamine, pihustamine, sublimatsioon jne. Sellel meetodil on aga seadmetele ranged nõuded. Kile eritakistus ja paksus on halva korratavusega, mistõttu pole seda räni epitaksiaalses tootmises kasutatud.

· Kaudne epitaksia on keemiliste reaktsioonide kasutamine epitaksiaalsete kihtide ladestamiseks ja kasvatamiseks substraadi pinnale, mida laias laastus nimetatakse keemiliseks aursadeseks (CVD). Kuid CVD abil kasvatatud õhuke kile ei pruugi olla üks toode. Seetõttu on rangelt võttes epitaksiaalne kasv ainult CVD, mis kasvatab ühte kilet. Sellel meetodil on lihtne varustus ning epitaksiaalse kihi erinevaid parameetreid on lihtsam kontrollida ja neil on hea korratavus. Praegu kasutatakse seda meetodit peamiselt räni epitaksiaalseks kasvatamiseks.

Muud kategooriad

· Vastavalt epitaksiaalsete materjalide aatomite vedamise meetodile substraadile saab selle jagada vaakum epitaksiaks, gaasifaasi epitaksiaks, vedela faasi epitaksia (LPE) jne.

·Vastavalt faasimuutusprotsessile võib epitaksia jagadagaasifaasi epitaksia, vedelafaasi epitaksiajatahke faasi epitaksia.

Epitaksiaalse protsessi abil lahendatud probleemid

· Kui räni epitaksiaalne kasvutehnoloogia algas, oli aeg, mil räni kõrgsageduslik ja suure võimsusega transistori tootmine tekkis raskustega. Transistori põhimõtte vaatenurgast, et saada kõrgsagedus ja suur võimsus, peab kollektsionääride jaotuspinge olema kõrge ja seeria takistus väike, see tähendab, et küllastuspinge langus peab olema väike. Esimene nõuab, et kollektori piirkonna materjali takistus oleks kõrge, samas kui viimane nõuab kogujaterjali takistust madalaks ja need kaks on vastuolulised. Kui seeria takistust vähendatakse kogujamaterjali paksuse hõrenemisega, on räni vahvel töötlemiseks liiga õhuke ja habras. Kui materjali takistus väheneb, on see esimese nõudega vastuolus. Epitaksiaalne tehnoloogia on selle raskuse edukalt lahendanud.

Lahendus:

· Kasvatage ülimadala takistusega substraadile suure takistusega epitaksiaalkiht ja valmistage seade epitaksiaalsele kihile. Kõrge eritakistusega epitaksiaalkiht tagab toru kõrge läbilöögipinge, samas kui madala eritakistusega substraat vähendab põhimiku takistust ja küllastuspinge langust, lahendades seega vastuolu nende kahe vahel.

Lisaks on epitaksiaalsed tehnoloogiad nagu aurufaas epitaksia, vedela faasi epitaksia, molekulaarkiire epitaksia ja metallist orgaaniline ühendiaurufaas epitaksia 1-V perekonna, 1-V perekonna ja muud ühendi pooljuhtmaterjalid, näiteks GAA-d, nagu ka GAA-d ja on muutunud hädavajalikeks protsessitehnoloogiateks enamiku mikrolaineahjude tootmiseksoptoelektroonilised seadmed.

Eelkõige molekulaarkiire edukas rakendamine jametallist orgaaniline aurFaasi epitaksia ülikergete kihtide, ülivõrde, kvantkaevude, pingeliste ülivõrde ja aatomitaseme õhukese kihi epitaksia korral on pannud aluse pooljuht-uuringute uue valdkonna "Band Engineering" uue väljatöötamiseks.

Epitaksiaalse kasvu omadused

(1) Kõrge (madala) resistentsusega epitaksiaalseid kihte saab epitaksiaalselt kasvatada madala (kõrge) takistusega substraatidel.

(2) N(P) epitaksiaalseid kihte saab kasvatada P(N) substraatidel, et moodustada otseselt PN-ühendusi. PN-ühenduste tegemisel üksikutel aluspindadel difusiooni teel kompensatsiooniprobleemi ei teki.

(3) Koos maski tehnoloogiaga saab määratud piirkondades läbi viia selektiivse epitaksiaalse kasvu, luues tingimused spetsiaalsete konstruktsioonidega integreeritud vooluringide ja seadmete tootmiseks.

(4) Dopingu tüüpi ja kontsentratsiooni saab epitaksiaalse kasvu ajal vastavalt vajadusele muuta. Kontsentratsiooni muutus võib olla järsk või järkjärguline.

(5) Võib kasvatada heterogeensete, mitmekihiliste, mitmekihiliste mitmekomponentsete ühenditega kihte.

(6) Epitaksiaalset kasvu võib läbi viia temperatuuril, mis on madalam kui materjali sulamistemperatuur. Kasvukiirus on kontrollitav ja on võimalik saavutada aatomi skaala paksuse epitaksiaalne kasv.

Epitaksiaalse kasvu nõuded

(1) Pind peab olema tasane ja hele, ilma pinnadefektideta, nagu heledad laigud, lohud, uduplekid ja libisemisjooned

(2) Kristallide hea terviklikkus, madal nihestus ja virnastamise rikketihedus. Jaoksräni epitaksia, peaks dislokatsioonitihedus olema väiksem kui 1000/cm2, virnastamisvea tihedus peaks olema väiksem kui 10/cm2 ja pind peaks pärast kroomhappe söövituslahusega korrodeerimist jääma heledaks.

(3) Epitaksiaalse kihi lisandite taustkontsentratsioon peaks olema madal ja vaja on vähem kompensatsiooni. Tooraine puhtus peaks olema kõrge, süsteem peab olema hästi suletud, keskkond peaks olema puhas ja toimimine peaks olema range, et vältida võõrlisandite sattumist epitaksiaalsesse kihti.

(4) Heterogeense epitaksi korral peaks epitaksiaalse kihi ja substraadi koostis järsult muutuma (välja arvatud aeglase koostise muutumise nõue) ning koostise vastastikune difusioon epitaksiaalse kihi ja substraadi vahel peaks olema minimaalne.

(5) Dopingu kontsentratsiooni tuleks rangelt kontrollida ja jaotada ühtlaselt nii, et epitaksiaalsel kihil oleks ühtlane, nõuetele vastav takistus. Nõutav on takistusepitaksiaalsed vahvlidSamas ahjus erinevates ahjudes kasvatatud peaks olema järjekindel.

(6) Epitaksiaalse kihi paksus peaks vastama nõuetele hea ühtluse ja korratavusega.

(7) Pärast epitaksiaalset kasvu mattunud kihiga substraadil on maetud kihi mustri moonutamine väga väike.

(8) Epitaksiaalse vahvli läbimõõt peaks olema võimalikult suur seadmete masstootmise hõlbustamiseks ja kulude vähendamiseks.

(9) Termiline stabiilsusÜhendi pooljuhtide epitaksiaalsed kihidja heterojunktsiooni epitaksia on hea.